Surface sealing and crust formation in Paraíba state representative soils
Keywords:
concentração de sedimentos, erosão entressulcos, rugosidade superficial, semiárido, variáveis hidráulicas do escoamentoAbstract
The formation of seal and surface crust in the soil has direct consequences for the development of the crops and environmental quality, altering the soil structure, reducing the availability of water to the plants and favoring the erosion. The objective of this study was to evaluate the changes caused by successive rainfall events on the soil surface. Four soils were evaluated: Ferralsol; Acrisol; Leptsol; Luvisol. The selection criterion was based on pedogenetic development. The experiment was conducted under simulated rainfall, in experimental plots with a useful area of 0,3481 m², uncovered soil and slope of 0.10 mm-1. The tests were performed with mean precipitation intensity of 85 mm h-1 for 75 min, applied in three consecutive events at 7 day intervals, to determine the effects of surface sealing during rainfall and crust formation after the soil drying period. The hydraulic flow variables, the soil losses (PSi), soil disaggregation rate in interrill (Di) and the interrill erodibility factor (Ki) were evaluated. The formation of sealing and surface crusts were observed with increase of the flow velocity and liquid discharge, and the decrease of water sheet height, as well as in the changes in PSi, Di and Ki, being in the first event of simulated rainfall the greater contribution to formation of superficial crusting. TX showed the most stable after the successive events of simulated rainfall, even though the surface roughness was modified, did not present significant changes in the soil losses, disaggregation rate and soil interill erodibility.
Keywords: Interill erosion, semiarid, sediment concentration, surface roughness, hydraulic flow variables.
Downloads
References
AGÊNCIA EXECUTIVA DE GESTÃO DAS ÁGUAS. Meteorologia: chuvas. Paraíba, PB: AESA, 2019. Disponível em: https://www.aesa.pb.gov.br/aesa-website/meteorologia-chuvas/climatologia/. Acesso em: 08 fev. 2019.
ARMENISE, E.; SIMMONS, R. W.; AHN, S.; GARBOUT, A.; DOERR, S. H.; MOONEY, S. J.; STURROCK, C. J.; RITZ, K. Soil seal development under simulated rainfall: structural, physical and hydrological dynamics. Journal of Hydrology, v.556, p. 211-219, 2018. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2017.10.073
ASSOULINE, S. Rainfall-induced soil surface sealing: a critical review of observations, conceptual models and solutions. Vadose Zone Journal, v.3, n.2, p. 570-591, 2004. https://doi.org/10.2136/vzj2004.0570
BRAIDA, J. A.; CASSOL, E. A. Relações de erosão em entressulcos com o tipo e a quantidade de resíduo vegetal na superfície do solo. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v.23, n.3, p. 711-721, 1999. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-06831999000300026.
BRANDÃO, V. S.; SILVA, D. D.; RUIZ, H. A.; PRUSKI, F. F.; SCHAEFER, C. E. G. R.; MARTINEZ, M. A.; MENEZES, S. J. M. C. Resistência hidráulica da crosta formada em solos submetidos a chuvas simuladas. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v.30, n.1, p. 13-21, 2006. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-06832006000100002.
BRASIL. Ministério da Agricultura. I. Levantamento exploratório de reconhecimento dos solos do Estado da Paraíba. II Interpretação para uso agrícola dos solos do Estado da Paraíba. Rio de Janeiro: Sudene, 1972. 683 p. (Boletim Técnico, 15; SUDENE-DRN. Série Pedologia, 8).
CANTALICE, J. R. B.; BEZERRA, S. A.; OLIVEIRA, O. F. L.; MELO, R. O. Hidráulica e taxas de erosão em entressulcos sob diferentes declividades e doses de cobertura morta. Revista Caatinga, v.22, n.2, p. 68-74, 2009.
CARMI, G; BERLINER, P. The effect of soil crust on the generation of runoff on small plots in an arid environment. Catena, v.74, n.1, p. 37-42, 2008. https://doi.org/10.1016/j.catena.2008.02.002
CASSOL, E. A.; CANTALICE, J. R. B.; REICHERT, J. M.; MONDARDO, A. Escoamento superficial e desagregação do solo em entressulcos em solo franco-argilo-arenoso com resíduos vegetais. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v.39, n.7, p. 685-690, 2004. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-204X2004000700010
CASTRO FILHO, C.; MUZILLI, O.; PODANOSCHI, A. L. Estabilidade dos agregados e sua relação com o teor de carbono orgânico num Latossolo Roxo Distrófico, em função de sistemas de plantio, rotações de culturas e métodos de preparo das amostras. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v.22, n.3, p. 527-538, 1998. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-06831998000300019.
CESÁRIO, F. V.; DONAGEMMA, G. K.; RUIZ, H. A.; BALIEIRO, F. C. Estabilidade de agregados em água: análise crítica e padronização. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2010. 7 p. (Série Embrapa Solos. Comunicado técnico, 57).
CHOW, V. T. Open channel hydraulics. New York: McGraw-Hill. 1959. 690 p.
DALLA ROSA, J.; COOPER, M.; DARBOUX, F.; MEDEIROS, J.C. Processo de formação de crostas superficiais em razão de sistemas de preparo do solo e chuva simulada. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v.37, n.2, p. 400-410, 2013. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-06832013000200011
DE ROO, A. P. J.; RIEZEBOS, H. T. Infiltration experiments on loess soils and their implications for modelling surface runoff and soil erosion. Catena, v.19, n.2, p. 221-239, 1992. https://doi.org/10.1016/0341-8162(92)90026-8
ELLIOT, W. J.; LIEBNOW, A. M.; LAFLEN, J. M.; KOHL, K. D. A compendium of soil erodibility data from WEPP cropland soil field erodibility experiments 1987 & 88. West Lafayette: The Ohio State University and USDA-ARS, 1989. 316 p.
EMBRAPA. Sistema Brasileiro de Classificação de Solos. 3. ed. Brasília, DF: Embrapa, 2013. 353 p.
FARIAS, D. R.; OLIVEIRA, F. H. T.; SANTOS, D.; ARRUDA, J. A.; HOFFMANN, R. B.; NOVAIS, R. F. Fósforo em solos representativos do Estado da Paraíba. I. Isotermas de adsorção e medidas do fator capacidade de fósforo. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v.33, n.3, p. 623-632, 2009. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-06832009000300015
FOX, D. M.; LE BISSONNAIS, Y. A process-based analysis of the influence of aggregate stability on surface crusting, infiltration, and interrill erosion. Soil Science Society of America Journal, v.62, n.3, p. 717-724, 1998. http://doi.org/10.2136/sssaj1998.03615995006200030025x
FRANCISCO, P. R. M.; MEDEIROS, R. M.; SANTOS, D.; MATOS, R. M. Classificação Climática de Köppen e Thornthwaite para o Estado da Paraíba. Revista Brasileira de Geografia Física, v.8, n.4, p. 1006-1016, 2015. https://doi.org/10.5935/1984-2295.20150049
FREITAS, F. J.; CANTALICE, J. R. B.; BEZERRA, S. A.; OLIVEIRA, M. D. R.; LIMA, P. A.; FIGUEIRA, S. B. Erosão em entressulcos sob caatinga e culturas agrícolas. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v.32, n.4, p. 1743-1751, 2008. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-06832008000400039
FREITAS, T. S. Atributos físicos de solos representativos do Estado da Paraíba. 2016. 61 f. Dissertação (Mestrado em Ciência do Solo) - Universidade Federal da Paraíba, 2016.
HILLEL, D. Introduction to environmental soil physics. Burlington: Academic Press, 2003. p. 73-89. https://doi.org/10.1016/B978-012348655-4/50006-X
HU, X.; LIU, L. Y.; LI, S. J.; CAI, Q. G.; LÜ, Y. L.; GUO, J. R. Development of soil crusts under simulated rainfall and crust formation on a loess soil as influenced by polyacrylamide. Pedosphere, v.22, n.3 p. 415-424, 2012. https://doi.org/10.1016/S1002-0160(12)60027-7
KATZ, D. M.; WATTS, F. J.; BURROUGHS, E. R. Effects of surface roughness and rainfall impact on overland flow. Journal Hydrology Division, v.121, n.7, p. 546-553, 1995. http://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(1995)121:7(546)
KINNELL, P. I. A. Raindrop impact induced erosion processes and prediction: a review. Hydrological Processes, v.19, n.14, p. 2815-2844, 2005. http://doi.org/10.1002/hyp.5788
LADO, M.; BEN-HUR, M. Soil mineralogy effects on seal formation, runoff and soil loss. Applied Clay Science, v.24, n.3-4, p. 209–224, 2004. https://doi.org/10.1016/j.clay.2003.03.002
LE BISSONNAIS, Y.; CERDAN, O.; LECOMTE, V.; BENKHADRA, H.; SOUCHERE, V.; MARTIN, P. Variability of soil surface characteristics influencing runoff and interrill erosion. Catena, v.62, n.2-3, p. 111-124, 2005. http://doi.org/10.1016/j.catena.2005.05.001
LE BISSONNAIS, Y.; SINGER, M. J. Seal formation, runoff and interrill erosion from 17 California soils. Soil Science Society of America Journal, v.57, n.1, p. 224-229, 1993. http://doi.org/10.2136/sssaj1993.03615995005700010039x
LIEBENOW, A. M.; ELLIOT, W. J.; LAFLEN, J. M.; KOHL, K. O. Interrill erodibility: collection and analysis of data from cropland soils. Transactions of the American Society of Agricultural Engineers, v.33, n.6 p. 1882-1888, 1990. http://doi.org/10.13031/2013.31553
MAIER, C.; KAUFMANN, V.; MERTEN, G. H.; CASTRO, N. M. R.; OLIVEIRA, F. P. Efeito da crosta superficial na erosão entressulcos de um Neossolo Litólico submetido a diferentes usos e manejo. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, v.18, n.1, p. 149-163, 2013. http://doi.org/10.21168/rbrh.v18n1.p149-163
MEYER, L. D.; HARMON. W. C. Multiple intensity rainfall Simulator for erosion research on row sideslopes. Transactions of the American Society of Agricultural Engineers, v.22, n.1, p. 100-103, 1979. http://doi.org/10.13031/2013.34973
MONTANARELLA, L.; PENNOCK, D. J.; MCKENZIE, N.; BADRAOUI, M.; CHUDE, V.; BAPTISTA, I.; MAMO, T.; YEMEFACK, M.; SINGH AULAKH, M.; YAGI, K.; YOUNG HONG, S.; VIJARNSORN, P.; ZHANG, G.-L.; ARROUAYS, D.; BLACK, H.; KRASILNIKOV, P.; SOBOCKÁ, J.; ALEGRE, J.; HENRIQUEZ, C. R.; DE LOURDES MENDONÇA-SANTOS, M.; TABOADA, M.; ESPINOSA-VICTORIA, D.; ALSHANKITI, A.; ALAVIPANAH, S. K.; ELSHEIKH, E. A. E. M.; HEMPEL, J.; CAMPS ARBESTAIN, M.; NACHTERGAELE, F.; VARGAS, R. World's soils are under threat. Soil, v.2, p. 79-82, 2016. https://doi.org/10.5194/soil-2-79-2016
OLIVEIRA, F. H. T.; LEAL, J. V.; SANTOS, D.; FARIAS, D. R.; ARRUDA, J. A. Banco de solos representativos do Estado da Paraíba. In: REUNIÃO BRESILEIRA DE MANEJO E CONSERVAÇÃO DO SOLO E DA ÁGUA (RBMCSA), 16., 2006, Aracaju. Anais […]. Aracaju: SBCS, 2006. 1 CD-ROM.
PEQUENO, P. L. L. Funções de pedotransferência para estimativa de retenção de água em solos da mesorregião do agreste paraibano. 2016. 188 f. Tese (Doutorado em Ciência do Solo) – Universidade Federal da Paraíba, 2016.
R CORE TEAM: a language and environment for statistical computing. Version 3.5.1. Vienna: R Foundation for Statistical Computing, 2018. Disponível em: https://www.r-project.org/. Acesso em: 24 ago. 2018.
SANTOS, H. C.; OLIVEIRA, F. H. T.; SALCEDO, I. H.; SOUZA, A. P.; SILVA, V. D. M. Kinetics of phosphorus sorption in soils in the state of Paraíba. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v.35, n.4 p. 1301-1310, 2011. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-06832011000400024
SIMONS, D. B.; SENTÜRK, F. Sediment transport technology: water and sediment dynamics. Littleton: Water Resources Publication, 1992. 897 p.
SINGH, V. P. Analytical solutions of cinematic for erosion on a plane: II Rainfall of finite duration. Advanced Water Research, v.6, n.2, p. 88-95, 1983. https://doi.org/10.1016/0309-1708(83)90045-3
SOUZA, E. S.; ANTONINO, A. C. D.; HECK, R. J.; MONTENEGRO, S. M. G. L.; LIMA, J. R. S.; SAMPAIO, E. V. S. B.; ANGULO-JARAMILLO, R.; VAUCLIN, M. Effect of crusting on the physical and hydraulic properties of a soil cropped with Castor beans (Ricinus communis L.) in the northeastern region of Brazil. Soil and Tillage Research, v.141, n.8, p. 55-61, 2014. https://doi.org/10.1016/j.still.2014.04.004
TEIXEIRA, P. C.; DONAGEMMA, G. K.; FONTANA, A.; TEIXEIRA, W. G. (Ed.). Manual de métodos de análise de solo. 3.ed. Brasília: Embrapa, 2017. 573 p.
TOUMA, J.; RACLOT, D.; AL-ALI, Y.; ZANTE, P.; HAMROUNI, H.; DRIDI, B. In situ determination of the soil surface crust hydraulic resistance. Journal of Hidrology, v.403, n.3, p. 253-260, 2011. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2011.04.004
VAEZI, A. R.; BAHRAMI, H. A. Relationship between soil productivity and erodibility in rainfed wheat lands in northwestern Iran. Journal of Agricultural Science and Technology, v.16, n.3 p. 1455-1466, 2014. https://doi.org/10.2478/v10247-012-0097-4
WOOLHISER, D. A.; LIGGETT, J. A. Unsteady, one-dimensional flow over a plane - The rising hydrograph. Water Resources Research, v.3, n.3 p. 753-771, 1967. https://doi.org/10.1029/WR003i003p00753
ZHANG, X. C.; NEARING, M. A.; GARBRECHT, J. D. Gaining insights into interrill erosion processes using rare earth element tracers. Geoderma, v.299, n.1, p. 63-72, 2017. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2017.04.004
ZHANG, X. C.; WANG, Z. L. Interrill soil erosion processes on steep slopes. Journal of Hydrology, v.548, n.5, p. 652-664, 2017. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2017.03.046
ZONTA, J. H.; MARTINEZ, M. A.; PRUSKI, F. F.; SILVA, D. D.; SANTOS, M. R. Efeito da aplicação sucessiva de precipitações pluviais com diferentes perfis na taxa de infiltração de água no solo. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v.36, n.2, p. 377-388, 2012. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-06832012000200007
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2019 Colloquium Agrariae. ISSN: 1809-8215
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.